Gaminant aviacijos ir erdvėlaivių variklių mentes, titano lydinio mentės, apdorotos vakuumu, turi atlaikyti 1500 laipsnių temperatūrą ir 100 000 ciklinių apkrovų; apdorojant automobilių pavarų dėžes, vakuuminio gesinimo technologija leidžia pavaros paviršiaus kietumui pasiekti 60 HRC, išlaikant 35 HRC šerdies kietumą. Šiuos eksploatacinius laimėjimus ekstremaliomis sąlygomis lemia „deguonies neturinti, gryna erdvė“, sukurta naudojant vakuuminio terminio apdorojimo technologiją. Ši pažangi technologija, apjungianti vakuuminę technologiją ir terminio apdorojimo procesus, iš naujo apibrėžia metalinių medžiagų veikimo ribas.
I. Vakuuminio terminio apdorojimo techninė esmė
Vakuuminis terminis apdorojimas – tai metalinių medžiagų kaitinimo, laikymo ir aušinimo procesas sandarioje aplinkoje esant mažesniam nei atmosferos slėgis (paprastai nuo 10⁻² iki 10⁻⁵ Pa). Jo esmė yra vakuuminio siurblio sistemos naudojimas deguoniui, vandens garams ir kitoms aktyvioms dujoms pašalinti iš krosnies, sukuriant gryną aplinką, artimą kosmoso aplinkai. Įprastą proceso eigą sudaro šeši pagrindiniai etapai:
1. Vakuuminio siurbimo pakopa: daugiapakopė vakuuminio siurblio sistema sumažina krosnies slėgį iki 10⁻³ Pa, o tai atitinka vieną milijardąją dalį atmosferos slėgio Žemės paviršiuje.
2. Degazavimo apdorojimas: Laikant 300–500 laipsnių temperatūroje ištirpusios dujos, tokios kaip vandenilis ir deguonis, išleidžiamos ir išsiurbiamos. Po šio apdorojimo tam tikro aviacijos ir erdvėlaivio guolių plieno vandenilio kiekis sumažinamas iki mažiau nei 0,5 ppm.
3. Aukštos{1}}temperatūros kaitinimas: ruošinys įkaitinamas iki tikslinės temperatūros naudojant grafito šildytuvą arba indukcinį kaitinimą. Tam tikros aukštos-temperatūros lydinio mentės kaitinimo greitis yra tiksliai valdomas 5 laipsniais per minutę.
4. Specialaus proceso įgyvendinimas: Pavyzdžiui, vakuuminio karburizavimo metu įleidžiamos acetileno dujos, o 0,1 mm anglies sluoksnio gylis pasiekiamas tiksliai kontroliuojant anglies potencialą.
5. Valdomas aušinimas: naudojamas aukšto -slėgio azoto dujų gesinimas esant 600 kPa, o tam tikro krumpliaračio ruošinio pusė -aušinimo laiko (laikas, per kurį šerdies temperatūra pasiekia 500 laipsnių) sutrumpinamas iki 2 minučių.
6. Po-apdorojimas: pripildžius didelio-grynumo argono dujų, kad būtų subalansuotas slėgis, krosnis atidaroma. Ruošinio paviršius turi veidrodinį-panašų apdailą, todėl nereikia vėlesnio poliravimo.
II. Penkių pagrindinių pranašumų analizė. Grynas apdorojimas be oksidacijos ir dekarbonizacijos
10-3 Pa vakuuminėje aplinkoje deguonies dalinis slėgis yra daug mažesnis nei geležies oksido skilimo slėgis (maždaug 10-18 Pa), todėl oksidacijos reakcijos visiškai pašalinamos. Po vakuuminio atkaitinimo nerūdijančio plieno vožtuvo paviršiaus šiurkštumo Ra vertė sumažėjo nuo 3,2 μm iki 0,8 μm, o tai tiesiogiai atitinka veidrodinio apdailos apdirbimo standartus. Palyginti su tradiciniu druskos vonios krosnies apdorojimu, oksido apnašų storis sumažėjo nuo 0,2 mm iki nulio, o medžiagų panaudojimo rodiklis padidėjo 15%.
2. Našumo šuolis per degazavimą ir valymą
1000 kartų didesnis atmosferos slėgio skirtumas, susidaręs vakuuminėje aplinkoje, verčia metalo viduje esančius vandenilio atomus difunduoti į paviršių. Po vakuuminio grūdinimo spyruoklinio plieno vandenilio kiekis sumažėjo nuo 8 ppm iki 0,2 ppm, o atsparumas uždeltam lūžimui padidėjo 3 kartus. Gaminant branduolinės energijos slėginių indų kaltinius, vakuuminis degazavimas padidino medžiagos atsparumą smūgiams nuo 30 J/cm² iki 80 J/cm².
3. Tiksli{1}}kontroliuojamų mikrostruktūrų inžinerija
Reguliuojant vakuumo laipsnį ir dujų sudėtį, galima pasiekti tikslų mikrostruktūros dizainą:
• Vakuuminis nitridavimas: įvedant amoniako dujas 0,133 Pa vakuume, susidaro vienfazis ε junginio sluoksnis. Tam tikros formos plieno paviršiaus kietumas siekė 1500 HV, o jo atsparumas dilimui yra du kartus didesnis nei dujinio azoto.
• Jonų karbiuravimas: naudojant anglies jonus, generuojamus švytėjimo išlydžio metu, ant pavaros paviršiaus susidaro vienodas 0,8 mm anglies sluoksnis, kurio anglies koncentracijos gradientas reguliuojamas 0,1 %/mm ribose.
• Gradientinis terminis apdorojimas: laipsniškai kontroliuojant vakuumo laipsnį, tam tikro orlaivio mentės paviršiuje susidaro 10 μm nanokristalinis sluoksnis, o šerdyje išlaikoma stambiagrūdė -grūdėta struktūra, todėl pasiekiamas geriausias stiprumo ir kietumo derinys.
4. Matmenų tikslumas naudojant mikro{1}}deformacijos gamybą
Vakuuminio kaitinimo tolygumas sumažina kompleksinės lenktos paviršiaus dalies terminio apdorojimo deformaciją nuo 0,3 mm gesinant druskos vonioje iki 0,05 mm. Tiksliųjų matavimo priemonių gamyboje matuoklio blokų matmenų pokytis po apdorojimo vakuuminiu būdu kontroliuojamas ±1 μm tikslumu, tiesiogiai pasiekiant metrologinį tikslumą. Po vakuuminio terminio apdorojimo tam tikro automobilio kardaninio veleno tiesumo paklaida sumažėjo nuo 0,5 mm/m iki 0,1 mm/m. 5. Ekologinės gamybos revoliucija
Vakuuminis terminis apdorojimas visiškai pašalina cianido taršą iš druskos vonios krosnių ir amoniako emisiją iš kontroliuojamos atmosferos krosnių. Didelė vakuuminė krosnis gali sumažinti CO₂ emisiją 120 kg, o azoto oksido – 90 %. Elektroninių prietaisų gamyboje vakuuminis litavimas sumažina litavimo taškymąsi 95%, o produkto pralaidumas padidėja iki 99,8%.
III. Technologinių pritaikymų proveržiai
Aviacijos ir kosmoso laukas
GE LEAP variklio turbinos mentės, pagamintos naudojant vakuuminį terminį apdorojimą, veikia iki 1700 laipsnių temperatūroje ir jų tarnavimo laikas viršija 20 000 valandų. Svarbiausia, kad vakuuminė aplinka slopina aukštos- temperatūros oksidaciją, o tiksliai kontroliuojant temperatūrą pasiekiamas fazės nusodinimas nanodalelių pavidalu.
Naujos energijos transporto priemonių pramonė
„Tesla“ variklių rotoriams naudojamas vakuuminis karbiuravimas, sudarydamas martensito + karbido kompozicinę struktūrą 0,3 mm skverbimosi sluoksnyje, padidindamas variklio greitį nuo 12 000 aps./min. iki 18 000 aps./min. BYD ašmenų akumuliatoriaus aliuminio lydinio korpuso po gesinimo vakuume jo atsparumas smūgio energijai padidėja nuo 5 J iki 15 J.
Medicinos prietaisų gamyba
Po vakuuminio terminio apdorojimo dirbtinis kobalto -chromo-molibdeno lydinys ant paviršiaus sudaro 10 μm cirkonio oksido pasyvavimo sluoksnį, kuris pasiekia dvigubai didesnį atsparumą korozijai nei ASTM F1537 standartas. Tam tikras implantas, apdorotas vakuuminiu plazmos nitridavimu, rodo 40% padidintą kaulų integracijos greitį ir 30% trumpesnį gijimo pooperacinį laiką.
IV. Technologinės plėtros ateities perspektyvos
Šiuo metu vakuuminio terminio apdorojimo technologija veržiasi trimis kryptimis:
1. Ultra-aukšto slėgio-dujų gesinimo technologija: ALD Vokietijoje sukurta 20 MPa ultra-aukšto{5}}slėgio dujų gesinimo krosnis gali sumažinti tam tikro aukšto -legiruotojo plieno gesinimo deformaciją iki 0,02 mm.
2. Pažangi valdymo sistema: naudojant infraraudonųjų spindulių temperatūros matavimą ir dirbtinio intelekto algoritmus pasiekiamas vakuumo laipsnio, temperatūros ir dujų srauto valdymas realiuoju laiku-uždaruoju laiku{2}}, todėl sudėtingų dalių proceso pakartojamumas yra ±5 laipsniai.
3. Sudėtinio proceso integravimas: derinant vakuuminį terminį apdorojimą su priedų gamyba, tam tikra kosmoso laikiklis naudoja lazerinį apvalkalą + vakuuminio terminio apdorojimo procesą, padidindamas medžiagos panaudojimą nuo 30% iki 85%. Šioje medžiagų mokslo revoliucijoje vakuuminio terminio apdorojimo technologija veikia kaip tikslus chirurgas, manipuliuojantis metalų „genais“ nanoskalėje. Kai vakuumu{6}}apdorotas aviacijos ir kosmoso varžtas atlaiko 20 tonų tempimo jėgą, jo paviršius vis tiek išlaiko atominį-grynumą-, tai yra kaip tik nenumaldomas šiuolaikinės pramonės našumo siekimas. Dėl vakuuminių technologijų, pažangių valdymo technologijų ir naujų medžiagų mokslo proveržių ši technologija yra pasirengusi išstumti daugelį sričių, viršijančias kritines našumo ribas, pradėdama naują medžiagų stiprinimo erą.
Susisiekite su mumis
Norėdami gauti daugiau informacijos, susisiekite su mumis elmetal@welongpost.com.